JP4472254B2 - Inkjet print head - Google Patents
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Description
本発明は包括的にインクジェットプリントに関し、より詳細には、幅の狭い薄膜インクジェットプリントヘッドに関する。 The present invention relates generally to inkjet printing, and more particularly to narrow thin film inkjet printheads.
インクジェットプリントの技術は、比較的よく開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィックプロッタ、およびファクシミリ機等の市販製品は、プリントした媒体を生成するインクジェット技術で実施されている。インクジェット技術に対するヒューレット・パッカード社の貢献については、例えば、Hewlett-Packard Journal, Vol. 36, No. 5 (May 1985)、Vol. 39, No. 5 (October 1988)、 Vol. 43, No. 4 (August 1992)、Vol. 43, No. 6 (December 1992)、およびVol. 45, No. 1 (February 1994)における様々な論文で説明されており、それらのすべては参照により本明細書に援用される。 Inkjet printing technology is relatively well developed. Commercial products such as computer printers, graphic plotters, and facsimile machines are implemented with inkjet technology that produces printed media. For example, Hewlett-Packard Journal, Vol. 36, No. 5 (May 1985), Vol. 39, No. 5 (October 1988), Vol. 43, No. 4 (August 1992), Vol. 43, No. 6 (December 1992), and Vol. 45, No. 1 (February 1994), all of which are incorporated herein by reference. Is done.
一般的に、インクジェット画像は、インクジェットプリントヘッドとして知られているインク滴発生装置が放出するインク滴をプリント媒体上に正確に配置することにより形成されている。通常、インクジェットプリントヘッドは、プリント媒体表面の上方を横切る可動プリントキャリッジ上に支持され、マイクロコンピュータまたはその他コントローラのコマンドにしたがって適切な時点においてインク滴を噴出するよう制御されている。この場合、インク滴を施すタイミングは、プリントしている画像の画素のパターンに対応するように意図されている。 In general, an inkjet image is formed by accurately placing ink drops on a print medium that are ejected by an ink drop generator known as an inkjet printhead. Inkjet printheads are typically supported on a movable print carriage that traverses over the print media surface and are controlled to eject ink drops at the appropriate time in accordance with microcomputer or other controller commands. In this case, the timing of applying ink droplets is intended to correspond to the pixel pattern of the image being printed.
通常のヒューレット・パッカードのインクジェットプリントヘッドは、インクバリアー層に取り付けられるオリフィス板に正確に形成したノズルのアレイを含んでいる。インクバリアー層は、インク発射ヒータ抵抗器と、該抵抗器を作動させる装置とを実施する、薄膜下部構造(substructure)に取り付けられている。インクバリアー層は、関連するインク発射抵抗器の上方に配置したインクチャンバを含むインクチャネルを画定し、オリフィス板のノズルは、関連するインクチャンバに整列している。インク滴発生器領域は、インクチャンバと、薄膜下部構造およびオリフィス板のうちのインクチャンバに隣接する部分とによって形成されている。 A typical Hewlett Packard inkjet printhead includes an array of nozzles precisely formed in an orifice plate that is attached to an ink barrier layer. The ink barrier layer is attached to a thin film substructure that implements the ink firing heater resistor and the device that operates the resistor. The ink barrier layer defines an ink channel that includes an ink chamber disposed above the associated ink firing resistor, and the nozzles of the orifice plate are aligned with the associated ink chamber. The ink drop generator region is formed by the ink chamber and the portion of the thin film substructure and orifice plate adjacent to the ink chamber.
薄膜下部構造は、通常、シリコン等の基板から構成されている。この基板上には、薄膜インク発射抵抗器、抵抗器を作動させる装置、およびプリントヘッドへの外部電気接続のために設けるボンディングパッドへの相互接続を形成するさまざまな薄膜層が形成されている。インクバリアー層は、通常、ドライフィルムとして薄膜下部構造に貼り合わされ、感光性(photodefinable)で紫外線および熱の両方により硬化可能なように設計されたポリマー材料である。スロット供給設計のインクジェットプリントヘッドにおいては、1つまたはそれよりも多いインク槽から、基板に形成された1つまたはそれよりも多いインク供給スロットを通じて、様々なインクチャンバにインクが供給されるようになっている。 The thin film substructure is usually composed of a substrate such as silicon. Formed on this substrate are various thin film layers that form interconnections to the bonding pad provided for thin film ink firing resistors, devices for operating the resistors, and external electrical connections to the printhead. The ink barrier layer is typically a polymer material that is laminated as a dry film to a thin film substructure and is photodefinable and designed to be curable by both ultraviolet and heat. In a slot feed inkjet printhead, ink is supplied from one or more ink reservoirs to various ink chambers through one or more ink supply slots formed in the substrate. It has become.
オリフィス板、インクバリアー層、および薄膜下部構造の物理的配置の一例が、上で引用したFebruary 1994のHewlett-Packard Journalの44ページに説明されている。インクジェットプリントヘッドのさらなる例については、同一譲受人に譲渡されている米国特許第4,719,477号および米国特許第5,317,346号において述べられており、これらはともに参照により本明細書に援用される。 An example of the physical arrangement of the orifice plate, ink barrier layer, and thin film substructure is described on page 44 of February 1994, Hewlett-Packard Journal. Additional examples of inkjet printheads are described in commonly assigned US Pat. No. 4,719,477 and US Pat. No. 5,317,346, both of which are incorporated herein by reference. Incorporated.
薄膜インクジェットプリントヘッドで考慮すべき事柄として、例えば、用いるインク滴発生器および/またはインク供給スロットが多くなるにつれて、基板の大きさおよび/または基板の脆性が大きくなるということがある。したがって、コンパクトでかつ多数のインク滴発生器を有するインクジェットプリントヘッドが必要とされている。 A consideration for thin film inkjet printheads is that, for example, as more ink drop generators and / or ink supply slots are used, the size of the substrate and / or the brittleness of the substrate increases. Accordingly, there is a need for an inkjet printhead that is compact and has a large number of ink drop generators.
開示する本発明は、インク滴発生器のノズルの列間隔(columnar nozzle spacing)よりも小さい媒体軸ドット間隔を有するプリント解像度でモノクロのシングルパスのプリントを行うように構成されたインク滴発生器の4列のアレイを有している幅の狭いインクジェットプリントヘッドに関するものである。本発明のより具体的な態様によれば、プリントヘッドは、高抵抗ヒータ抵抗器と、電力トレース(power traces)が与える寄生抵抗の変動を補償するように構成された効率的なFET駆動回路とを備えている。 The disclosed invention is an ink drop generator configured to perform monochrome single pass printing at a print resolution having a media axis dot spacing smaller than the columnar nozzle spacing of the ink drop generator. It relates to a narrow inkjet printhead having a four-row array. In accordance with a more specific aspect of the present invention, a printhead includes a high resistance heater resistor and an efficient FET drive circuit configured to compensate for parasitic resistance variations provided by power traces. It has.
当業者であれば、以下の詳細な説明を図面とともに読めば、開示する本発明の利点および特徴を容易に理解されるであろう。 Those skilled in the art will readily appreciate the advantages and features of the disclosed invention upon reading the following detailed description in conjunction with the drawings.
以下の詳細な説明およびいくつかの図面において、同じ要素は同じ参照番号で識別している。 In the following detailed description and in the several drawings, the same elements are identified by the same reference numerals.
次に図1〜図4を参照すると、本発明を用いることができるインクジェットプリントヘッド100の、正確な縮尺率で描かれていない概略的な平面図および斜視図を概略的に示している。インクジェットプリントヘッド100は、一般的に、(a)シリコン等の基板を備え、その上にさまざまな薄膜層が形成される薄膜下部構造(すなわちダイ)11と、(b)薄膜下部構造11上に配置されるインクバリアー層12と、(c)インクバリアー12の表面に薄層状に取り付けられるオリフィスすなわちノズル板13とを備えている。
Referring now to FIGS. 1-4, there is schematically shown a schematic plan view and perspective view, not drawn to scale, of an
薄膜下部構造11は、例えば従来の集積回路技術にしたがって形成された、集積回路ダイを備えている。図5に概略的に示すように、薄膜下部構造11は一般的に、シリコン基板111a、FETゲートおよび絶縁層111b、抵抗器層111c、および第1の金属化(metallization)層111dを含んでいる。シリコン基板111aおよびFETゲートおよび絶縁層111bの頂部には、本明細書においてより詳細に説明する駆動FET回路等の能動デバイスが形成されている。FETゲートおよび絶縁層111bは、ゲート酸化物層、ポリシリコンゲート、および抵抗器層111cに隣接する絶縁層を含んでいる。薄膜ヒータ抵抗器56は、抵抗器層111cおよび第1の金属化層111dのそれぞれのパターニングによって形成されている。薄膜下部構造はさらに、例えば窒化ケイ素層と炭化ケイ素層とを含む複合パッシベーション層111eと、少なくともヒータ抵抗器56の上にあるタンタルの機械的パッシベーション層111fとを含んでいる。タンタル層111fの上には、金の導電層111gがある。
The thin film substructure 11 comprises an integrated circuit die formed, for example, according to conventional integrated circuit technology. As schematically shown in FIG. 5, the thin film substructure 11 generally includes a silicon substrate 111a, a FET gate and insulation layer 111b, a resistor layer 111c, and a first metallization layer 111d. . On the top of the silicon substrate 111a and the FET gate and insulating layer 111b, an active device such as a drive FET circuit described in more detail in this specification is formed. The FET gate and insulating layer 111b includes a gate oxide layer, a polysilicon gate, and an insulating layer adjacent to the resistor layer 111c. The thin
インクバリアー層12は、熱および圧力によって薄膜下部構造11に貼り合わされたドライフィルムで形成されており、感光してヒータ抵抗器56の上方に配置されたインクチャンバ19と、インクチャネル29とが形成されている。金の層内で、薄膜下部構造11の長手方向に離間した両端には、外部電気接続のために係合可能な金のボンディングパッド74が形成されており、ボンディングパッド74はインクバリアー層12に覆われていない。説明に役立つ例として、バリアー層の材料は、デラウェア州ウィルミントン市のE. I. duPont de Nemours and Companyから入手可能な「パラド(Parad)」ブランドのフォトポリマーのドライフィルム等、アクリル樹脂をベースにしたフォトポリマーのドライフィルムを含んでいる。同様のドライフィルムとしては、「リストン」ブランドのドライフィルム等デュポンその他の製品や、他の化学製品供給者が製造するドライフィルムがある。オリフィス板13は、例えば、ポリマー材料から構成され、例えばその参照により本明細書に援用される同一譲受人に譲渡されている米国特許番号第5,469,199号において開示されているように、レーザー・アブレーションでオリフィスが形成されている平らな基板を含んでいる。オリフィス板はまた、ニッケル等のめっきされた金属を含んでいてもよい。
The
図3に示すように、インクバリアー層12内のインクチャンバ19は、より詳細には、それぞれのインク発射ヒータ抵抗器56の上方に配置されており、それぞれのインクチャンバ19は、バリアー層12に形成したチャンバ開口部の相互接続された縁すなわち壁によって画定されている。インクチャネル29は、バリアー層12に形成したさらなる開口部によって画定され、それぞれのインク発射チャンバ19と一体的に接合している。インクチャネル29は、隣接するインク供給スロット71の供給縁に向かって開いており、そのようなインク供給スロットからインクを受け取るようになっている。
As shown in FIG. 3, the
オリフィス板13は、オリフィスすなわちノズル21を含んでいる。オリフィスすなわちノズル21は、それぞれのインクチャンバ19の上方に配置され、それぞれのインク発射抵抗器56、関連するインクチャンバ19、および関連するオリフィス21が整列してインク滴発生器40を形成するようになっている。ヒータ抵抗器はそれぞれ、公称の抵抗が少なくとも100オーム、例えば約120または130オームであり、図9に示すような分割した抵抗器を含んでいてもよい。ヒータ抵抗器56は、金属化領域59によって接続された2つの抵抗器領域56a,56bから成っている。この抵抗器構造によって、面積が同じ単一の抵抗器領域よりも大きな抵抗が提供されることになる。
The
開示するプリントヘッドは、バリアー層と、別個のオリフィス板とを有するものとして説明するが、プリントヘッドは、例えば多数の露光プロセスで露光された後に現像される単一のフォトポリマー層を用いて製造でき、一体的なバリアー/オリフィス構造を有して実施してもよいということが理解されるべきである。 Although the disclosed printhead is described as having a barrier layer and a separate orifice plate, the printhead is manufactured using a single photopolymer layer that is developed after being exposed in multiple exposure processes, for example. It should be understood that it can be implemented with an integral barrier / orifice structure.
インク滴発生器40は、列のアレイすなわち群61に配置されている。これらは、基準軸Lに沿って延びており、基準軸Lに対して横方向にすなわち横切って、互いに離間している。それぞれのインク滴発生器の群のヒータ抵抗器56は、基準軸Lに略整列しており、基準軸Lに沿った所定の中心同士の間隔すなわちノズルピッチPを有している。ノズルピッチPは、1/300インチ(1/762センチメートル)等、1/600インチ(1/1524センチメートル)以上であってもよい。インク滴発生器の列のアレイ61はそれぞれ、例えば100個またはそれよりも多くのインク滴発生器(すなわち、少なくとも100個のインク滴発生器)を含んでいる。
説明に役立つ例として、薄膜下部構造11は長方形であってもよく、その互いに反対の縁51,52は長さ寸法LSの長手方向の縁であり、長手方向に離間した、互いに反対の縁53,54は、薄膜下部構造11の長さLSよりも短い幅すなわち側面(lateral)寸法WSのものである。薄膜下部構造11の長手方向の長さは、基準軸Lに平行であってもよい縁51,52に沿っている。使用中、基準軸Lは、一般的に媒体前進軸と呼ばれているものと整列していてもよい。また便宜上、薄膜下部構造の長手方向に離間した両端も、そのような両端における縁を指すのに用いる参照番号53,54で示されている。
As an illustrative example, the thin film substructure 11 may be rectangular, with its
それぞれのインク滴発生器の列のアレイ61のインク滴発生器40は略同一直線上にあるものとして示されているが、インク滴発生器のアレイのインク滴発生器40には、例えば発射遅延を補償するために、列の中央線からわずかに外れてもよいものもある、ということが理解されるべきである。
Although the
それぞれのインク滴発生器40がヒータ抵抗器56を含む限り、ヒータ抵抗器は、それに応じて、インク滴発生器の列のアレイに対応する列の群すなわちアレイとなるように配置されている。便宜上、ヒータ抵抗器のアレイすなわち群は、同じ参照番号61で表すこととする。
As long as each
図1〜図4のプリントヘッド100の薄膜下部構造11は、より詳細には、基準軸Lに整列し、基準軸Lに対して横方向に互いに離間している、2つのインク供給スロット71を含んでいる。インク供給スロット71はそれぞれ、インク滴発生器の4つの列61に供給を行っている。4つの列61のインク滴発生器はそれぞれ、2つのインク供給スロット71の互いに反対の両側に配置されており、薄膜下部構造において関連するインク供給スロットが形成する縁に向かって、インクチャネルが開いている。このようにして、それぞれのインク供給スロットの互いに反対の縁が供給縁を形成し、2つのインク供給スロットはそれぞれ、デュアル縁のインク供給スロットを備えている。具体的な実施態様として、図1〜図4のプリントヘッド100はモノクロのプリントヘッドであり、両方のインク供給スロット71がブラック等の同じカラーのインクを供給し、インク滴発生器の4つの列61がすべて同じカラーのインク滴を生成するようになっている。
The thin film substructure 11 of the
インク供給スロットの両側の列同士の間の列ピッチすなわち間隔CPは、630マイクロメートル(μm)以下(すなわち、大きくても630μm)であり、両インク供給スロットの中央寄りの列同士の間の列ピッチすなわち間隔CP’は、800μm以下(すなわち、大きくても800μm)である。 The column pitch between the columns on both sides of the ink supply slot, that is, the interval CP is 630 micrometers (μm) or less (that is, 630 μm at most), and the column between the columns closer to the center of both ink supply slots. The pitch, that is, the interval CP ′ is 800 μm or less (that is, at most 800 μm).
基準軸Lに沿った、1つの列から隣接する列までのノズルのジグザグの配置すなわち食い違いであるノズルピッチと、インク滴体積とは、より詳細には、基準軸Lに沿って、1/300インチ〜1/600インチの範囲であるノズルピッチPの1/4であるシングルパスのモノクロのドット間隔を可能にするように構成されている。滴体積は、染料をベースにしたインクについては3〜7ピコリットルの範囲(具体例として、約5ピコリットル)であってもよく、顔料をベースにしたインクについては12〜19ピコリットル(具体例として、約16ピコリットル)であってもよい。1/300のインチのノズルピッチであれば、所与の横切る方向において隣接するノズルの列同士の間の基準軸Lに沿ったジグザグの配置すなわち食い違いは、1/1200インチ(1/3040センチメートル)であってもよい。言い換えれば、左から2番目の列は、基準軸Lに沿った選択方向に沿って、最も左の列に対して1/1200インチだけ食い違っている。左から3番目の列は、基準軸Lに沿った選択方向に沿って、左から2番目の列に対して1/1200インチだけ食い違っている。左から4番目の列は、基準軸Lに沿った選択方向に沿って、左から3番目の列に対して1/1200インチだけ食い違っている。 The zigzag arrangement of nozzles from one row to the adjacent row along the reference axis L, that is, the nozzle pitch, which is a discrepancy, and the ink drop volume are more specifically 1/300 along the reference axis L. It is configured to allow single pass monochrome dot spacing that is 1/4 of the nozzle pitch P, which is in the range of inches to 1/600 inch. The drop volume may be in the range of 3-7 picoliters (specifically about 5 picoliters) for dye-based inks, and 12-19 picoliters (specifically for pigment-based inks). As an example, it may be about 16 picoliters). With a nozzle pitch of 1/300 inch, the zigzag placement or discrepancy along the reference axis L between adjacent rows of nozzles in a given transverse direction is 1/1200 inch (1/3040 cm). ). In other words, the second column from the left differs by 1/1200 inch from the leftmost column along the selection direction along the reference axis L. The third column from the left differs by 1/1200 inch from the second column from the left along the selection direction along the reference axis L. The fourth column from the left differs by 1/1200 inch from the third column from the left along the selection direction along the reference axis L.
したがって、ノズルピッチPが1/300インチであれば、1200dpiのシングルパスのプリント解像度に対応して、1/1200インチのシングルパスのドット間隔が提供されることになる。ノズルピッチPが1/600インチであれば、1/2400dpiのシングルパスのプリント解像度に対応して、1/2400インチ(1/6080センチメートル)のシングルパスのドット間隔が提供されることになる。 Therefore, if the nozzle pitch P is 1/300 inch, a single pass dot interval of 1/1200 inch is provided corresponding to a single pass print resolution of 1200 dpi. If the nozzle pitch P is 1/600 inch, a single-pass dot spacing of 1/2400 inch (1/6080 cm) is provided corresponding to a single-pass print resolution of 1/2400 dpi. .
それぞれ少なくとも100個の、1/300インチのノズルピッチPであるインク滴発生器を有する4列のアレイ61を有する実施態様について、より詳細には、説明に役立つ例として、薄膜下部構造11の長さLSは、約11500μmであってもよく、薄膜下部構造の幅WSは約2900μmであってもよい。一般的に、薄膜下部構造の長さ/幅のアスペクト比(すなわち、LS/WS)は、3.7よりも大きくてもよい。
For an embodiment having four rows of
インク滴発生器の代表的な列のアレイ61について、図6に概略的に示すように、インク滴発生器40の列のアレイ61にはそれぞれ、プリントヘッド100A,100Bの薄膜下部構造11内に形成した、列のFET駆動回路アレイ81が隣接し関連している。それぞれのFET駆動回路アレイ81は、複数のFET駆動回路85を含む。複数のFET駆動回路85は、それぞれがヒータ抵抗器リード線57aによってそれぞれのヒータ抵抗器56に接続されたドレイン電極を有している。それぞれのFET駆動回路アレイ81および関連するインク滴発生器のアレイには、列のグランドバス181が関連しており、グランドバス181には、関連するFET駆動回路アレイ81のすべてのFET駆動回路85のソース電極が電気接続されている。それぞれのFET駆動回路の列のアレイ81および関連するグランドバス181は、関連するインク滴発生器の列のアレイ61に沿って長手方向に延び、少なくとも関連する列のアレイ61と長手方向に同一の広がりを有している。図1および図2に概略的に示すように、それぞれのグランドバス181は、プリントヘッド構造の一端の少なくとも1つのボンディングパッド74と、プリントヘッド構造の他端の少なくとも1つのボンディングパッド74とに電気接続されている。
For a
グランドバス181とヒータ抵抗器リード線57aとは、本明細書においてさらに説明するヒータ抵抗器リード線57bならびにFET駆動回路85のドレインおよびソース電極と同様に、薄膜下部構造11の金属化層111d(図5)内に形成されている。
The
それぞれのFET駆動回路の列のアレイのFET駆動回路85は、デコーダ論理回路35の関連する列のアレイ31によって制御されている。デコーダ論理回路35は、適切なボンディングパッド74(図6)に接続された隣接するアドレスバス33上のアドレス情報を復号するものである。本明細書においてさらに説明するように、アドレス情報は、インク発射エネルギーで通電するインク滴発生器を識別し、デコーダ論理回路35はこのアドレス情報を利用して、アドレスするすなわち選択するインク滴発生器のFET駆動回路をオンにしている。
The
図7で概略的に示すように、それぞれのヒータ抵抗器56の一方の端子は、基本選択トレースによって、インク発射基本選択信号PSを受け取るボンディングパッド74に接続されている。このようにして、それぞれのヒータ抵抗器56の他方の端子が関連するFET駆動回路85のドレイン端子に接続されているので、関連するデコーダ論理回路35によって制御される関連するFET駆動回路がオンである場合に、インク発射エネルギーPSがヒータ抵抗器56に供給されることになる。
As schematically shown in FIG. 7, one terminal of each
インク滴発生器の代表的な列のアレイ61について、図8で概略的に示すように、インク滴発生器の列のアレイ61のインク滴発生器は、隣接するインク滴発生器でできた4つの基本群61a,61b,61c,61dにまとめることができ、ある特定の基本群のヒータ抵抗器56は、4つの基本選択トレース86a,86b,86c,86dのうちの同じ1つに電気接続され、特定の基本群のインク滴発生器が、同じインク発射基本選択信号PSと平行して切り替え可能に結合するようになっている。1列のアレイにおけるインク滴発生器の数Nが4の整数倍である具体例について、それぞれの基本群は、N/4個のインク滴発生器を備えている。参考のために、基本群61a,61b,61c,61dは、横方向の縁53から横方向の縁54に向かって順番に配置されている。
For an
図8は、より詳細に、関連する滴発生器の列のアレイ61および関連するFET駆動回路85の列のアレイ81(図6)用の、基本選択トレース86a,86b,86c,86dの概略平面図を示している。基本選択トレース86a,86b,86c,86dは、例えば、関連するFET駆動回路のアレイ81とグランドバス181との上方にあり、絶縁的に分離されている金属化層111d(図5)内のトレースによって実施されている。基本選択トレース86a,86b,86c,86dはそれぞれ、金属化層111d内に形成した抵抗器リード線57b(図8)と、基本選択トレースおよび抵抗器リード線57bの間に延びる相互接続バイア58(図8)とによって、4つの基本群61a,61b,61c,61dに電気接続されている。
FIG. 8 shows in more detail the schematic plane of the basic select traces 86a, 86b, 86c, 86d for the
第1の基本選択トレース86aは、第1の基本群61aに沿って長手方向に延び、それぞれ第1の基本群61aのヒータ抵抗器56に接続されているヒータ抵抗器リード線57b(図9)の一部の上にあり、バイア58(図9)によってそのようなヒータ抵抗器リード線57bに接続されている。第2の基本選択トレース86bは、第2の基本群61bに沿って延びている部分を含み、それぞれ第2の基本群61bのヒータ抵抗器56に接続されているヒータ抵抗器リード線57b(図9)の一部の上にあり、バイア58によってそのようなヒータ抵抗器リード線57bに接続されている。第2のトレース86bは、第1の基本選択トレース86aの側で、第1の基本群61aのヒータ抵抗器56とは反対側に、第1の基本選択トレース86aに沿って延びるさらなる部分を含んでいる。第2の基本選択トレース86bは略L字型であり、第2の部分は第1の部分よりも幅が狭く、第2の基本選択トレース86bのより幅の広い部分よりも狭い第1の基本選択トレース86aをバイパスするようになっている。
The first basic selection traces 86a extend in the longitudinal direction along the first basic group 61a and are respectively connected to the
第1および第2の基本選択トレース86a,86bは、一般的に少なくとも第1および第2の基本群61a,61bと長手方向に同一の広がりを有し、それぞれ、第1および第2の基本選択トレース86a,86bに最も近い横方向の縁53に配置されたそれぞれのボンディングパッド74に適切に接続されている。
The first and second basic selection traces 86a, 86b are generally at least coextensive in the longitudinal direction with the first and second basic groups 61a, 61b, respectively, and the first and second basic selection traces, respectively. Appropriately connected to
第4の基本選択トレース86dは、第4の基本群61dに沿って長手方向に延び、第4の基本群61dのヒータ抵抗器56に接続されているヒータ抵抗器リード線57b(図9)の一部の上にあり、バイア58によってそのようなヒータ抵抗器リード線57bに接続されている。第3の基本選択トレース86cは、第3の基本群61cに沿って延びている部分を含み、第3の基本群61cのヒータ抵抗器56に接続されているヒータ抵抗器リード線57b(図9)の一部の上にあり、バイア58によってそのようなヒータ抵抗器リード線57bに接続されている。第3の基本選択トレース86cは、第4の基本選択トレース86dに沿って延びるさらなる部分を含んでいる。第3の基本選択トレース86cは略L字型であり、第2の部分は第1の部分よりも幅が狭く、第3の基本選択トレース86cのより幅の広い部分よりも狭い第4の基本選択トレース86dをバイパスするようになっている。
The fourth basic selection trace 86d extends in the longitudinal direction along the fourth basic group 61d and is connected to the
第3および第4の基本選択トレース86c,86dは、概して少なくとも第3および第4の基本群61c,61dと長手方向に同一の広がりを有し、それぞれ、第3および第4の基本選択トレース86c,86dに最も近い横方向の縁54に配置されたそれぞれのボンディングパッド74に適切に接続されている。
The third and fourth basic selection traces 86c, 86d are generally at least coextensive in the longitudinal direction with the third and fourth basic groups 61c, 61d, respectively, and the third and fourth basic selection traces 86c, respectively. , 86d are suitably connected to the
具体例として、インク滴発生器の列のアレイ61の基本選択トレース86a,86b,86c,86dは、そのインク滴発生器の列のアレイに関連するFET駆動回路およびグランドバスの上にあり、関連する列のアレイ61と長手方向に同一の広がりを有する領域において含まれている。このようにして、インク滴発生器の列のアレイ61の4つの基本要素の4つの基本選択トレースは、そのアレイに沿い、プリントヘッド基板の両端に向かって延びている。より詳細には、プリントヘッド基板の長さの1/2に配置された第1の対の基本群61a、61bの第1の対の基本選択トレースは、そのような第1の対の基本群に沿って延びる領域において含まれており、プリントヘッド基板の長さの他方の1/2に配置された第2の対の基本群61c、61dの第2の対の基本選択トレースは、そのような第2の対の基本群に沿って延びる領域において含まれている。
As a specific example, the basic selection traces 86a, 86b, 86c, 86d of the
参照しやすくするために、ヒータ抵抗器56および関連するFET駆動回路85をボンディングパッド74に電気接続する、基本選択トレース86および関連するグランドバスを、総称して電力トレースと呼ぶことにする。これもまた参照しやすくするために、基本選択トレース86は、高(high)側または非接地の電力トレースと呼ぶことができる。
For ease of reference, the basic
一般的に、それぞれのFET駆動回路85の寄生抵抗(すなわち、オン抵抗)は、電力トレースが形成する寄生経路によって異なるFET駆動回路85に与えられる寄生抵抗の変動を補償して、ヒータ抵抗器に供給されるエネルギーの変動を少なくするように構成されている。特に、電力トレースは、経路上の位置とともに変動する寄生抵抗をFET回路に与える寄生経路を形成し、それぞれのFET駆動回路85の寄生抵抗は、それぞれのFET駆動回路85の寄生抵抗とFET駆動回路に与えられる電力トレースの寄生抵抗との組み合わせがインク滴発生器同士の間でわずかしか変動しないように選択されている。したがって、ヒータ抵抗器56の抵抗が略同じである限り、それぞれのFET駆動回路85の寄生抵抗は、異なるFET駆動回路85に与えられる関連する電力トレースの寄生抵抗の変動を補償するように構成されている。このようにして、電力トレースに接続されているボンディングパッドに略等しいエネルギーが供給される限り、異なるヒータ抵抗器56に略等しいエネルギーを供給することができる。
Generally, the parasitic resistance (i.e., on-resistance) of each
より詳細に図9および10を参照すると、それぞれのFET駆動回路85は、シリコン基板111a(図5)に形成したドレイン領域フィンガー89の上方に配置され、複数の電気相互接続されたドレイン電極フィンガー87と、ドレイン電極87と互いにかみ合い、すなわち交互に配置され、シリコン基板111aに形成したソース領域フィンガー99の上方に配置されていると共に、複数の電気相互接続されたソース電極フィンガー97とを含んでいる。それぞれの端で相互接続されたポリシリコンのゲートフィンガー91は、シリコン基板111a上に形成した薄いゲート酸化物層93上に配置されている。PSG層(phosphosilicate glass layer)95は、ドレイン電極87およびソース電極97をシリコン基板111aから分離している。複数の導電ドレイン接点88はドレイン電極87をドレイン領域89に電気接続し、一方、複数の導電ソース接点98はソース電極97をソース領域99に電気接続している。
Referring to FIGS. 9 and 10 in more detail, each
それぞれのFET駆動回路が占める面積は好ましくは小さく、それぞれのFET駆動回路のオン抵抗は好ましくは小さく、例えば14または16オーム以下である(すなわち、大きくても14または16オーム)。そのためには、効率的なFET駆動回路が必要である。例えば、オン抵抗Ronは、次式のようにFET駆動回路の面積Aに関連することができる。
Ron < (250,000 オーム・マイクロメートル2)/A
ここで、面積Aはマイクロメートル2(μm2)で表されている。これは例えば、厚さが800オングストローム以下(すなわち、大きくても800オングストローム)の、またはゲート長が4μmよりも小さいゲート酸化物層93で達成することができる。また、ヒータ抵抗器の抵抗が少なくとも100オームであれば、ヒータ抵抗器の抵抗がそれよりも小さい場合と比べて、FET回路をより小型にすることができる。ヒータ抵抗器の値がより大きければ、寄生とヒータ抵抗器との間でのエネルギーのエネルギー配分の点から、より大きなFETターンオン抵抗に耐えることができるからである。
The area occupied by each FET drive circuit is preferably small and the on-resistance of each FET drive circuit is preferably small, for example 14 or 16 ohms or less (ie, 14 or 16 ohms at most). For this purpose, an efficient FET drive circuit is required. For example, the on-resistance Ron can be related to the area A of the FET drive circuit as follows:
Ron <(250,000 Ohm micrometer 2 ) / A
Here, the area A is represented in micrometers 2 (μm 2). This can be achieved, for example, with a
具体例として、ドレイン電極87、ドレイン領域89、ソース電極97、ソース領域99、およびポリシリコンのゲートフィンガー91は、基準軸Lを略直交してすなわち横切って、グランドバス181の長手方向の長さまで延びていてもよい。また、それぞれのFET回路85について、図9で示すように、ドレイン領域89およびソース領域99の基準軸Lを横切る長さは、ゲートフィンガーの基準軸Lを横切る長さと同じであり、これによって、基準軸Lを横切る動作領域の範囲が画定されることになる。参照しやすくするために、ドレイン電極フィンガー87、ドレイン領域フィンガー89、ソース電極フィンガー97、ソース領域フィンガー99、およびポリシリコンのゲートフィンガー91は、このような素子がストリップ状すなわちフィンガー状の方法で長く幅が狭い限り、このような素子の長手方向の長さと呼ぶことができる。
As a specific example, the
説明に役立つ例として、それぞれのFET回路85のオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分の長手方向の範囲すなわち長さを制御することによって、個々に構成されている。連続して非接触な部分には、電気接点88がない。例えば、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分は、ヒータ抵抗器56から最も遠いドレイン領域89の端で始まってもよい。特定のFET回路85のオン抵抗は、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分の長さが長くなるにつれて大きくなり、この長さは、特定のFET回路のオン抵抗を決定するように選択されている。
As an illustrative example, the on-resistance of each
他の例として、それぞれのFET回路85のオン抵抗は、FET回路の大きさを選択することによって構成してもよい。例えば、FET回路の基準軸Lを横切る長さは、オン抵抗を規定するように選択されてもよい。
As another example, the on-resistance of each
特定のFET回路85についての電力トレースが、合理的にまっすぐな経路によって、プリントヘッド構造の長手方向に離れた端のうちの最も近いものの上のボンディングパッド74へとルーティングされている通常の実施態様において、プリントヘッドの最も近い端からの距離とともに寄生抵抗は大きくなり、FET駆動回路85のオン抵抗は、そのような最も近い端からの距離とともに小さくなり(FET回路をより効率的にする)、電力トレースの寄生抵抗の増大を相殺するようになっている。具体例として、ヒータ抵抗器56から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まるそれぞれのFET駆動回路85のドレインフィンガーの連続して非接触な部分に関して、そのような部分の長さは、プリントヘッド構造の長手方向に離れた端のうちの最も近いものからの距離とともに短くなっている。
Typical implementation where the power trace for a
それぞれのグランドバス181は、FET回路85のドレイン電極87およびソース電極97と同じ薄膜金属化層で形成されており、ソース領域89およびドレイン領域99とポリシリコンのゲート91とから構成されているそれぞれのFET回路の動作領域は、好都合なことに、関連するグランドバス181の下に延びている。これによって、グランドバスおよびFET回路アレイが占める領域をより狭くすることができ、それによって、より狭い、したがってより安価な薄膜下部構造を可能にすることができる。
Each
また、ドレイン領域フィンガーの連続して非接触な部分がヒータ抵抗器56から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まる実施態様においては、それぞれのグランドバス181の、基準軸Lを横切って関連するヒータ抵抗器56に向かう長さは、ドレインフィンガーの連続して非接触な部分の長さが長くなるに従って長くすることができる。これは、ドレイン電極がそのようなドレインフィンガーの連続して非接触な部分にわたって延びる必要がないからである。言い換えれば、ドレイン領域の連続して非接触な部分の長さ次第で、グランドバスがFET駆動回路85の動作領域の上にある量を多くすることによって、グランドバス181の幅Wを広くすることができる。これは、グランドバス181およびその関連するFET駆動回路アレイ81が占める領域の幅を広くすることなく行われる。つまり、グランドバスとFET駆動回路85の動作領域との重なりの量を多くすることによって、広くするからである。好ましくは、いかなる特定のFET回路85においても、ドレイン領域の非接触の部分と略等しい長さだけ、基準軸Lを横切ってグランドバスが動作領域に重なることができる。
Also, in embodiments where the continuous non-contact portion of the drain region finger begins at the end of the drain region finger furthest from the
ドレイン領域の連続して非接触な部分がヒータ抵抗器56から最も遠いドレイン領域フィンガーの端で始まり、プリントヘッド構造の最も近い端からの距離とともにそのようなドレイン領域の連続して非接触な部分の長さが短くなる、具体例については、ドレイン領域の連続して非接触な部分の長さの変化に伴ってグランドバス181の幅Wが調節されるすなわち変化するので、図6に示すように、グランドバスの幅W81は、プリントヘッド構造の最も近い端の近くで広くなるようになっている。ボンディングパッド74に近づくにつれて共有電流(shared currents)の量が多くなるので、このような形状にすることによって、好都合なことにボンディングパッド74に近づくにつれてグランドバスの抵抗が小さくなっている。
A continuous non-contact portion of the drain region begins at the end of the drain region finger furthest from the
グランドバスの抵抗はまた、グランドバス181の一部を、デコーダ論理回路35同士の間の長手方向に互いに離間した領域に横方向へ延ばすことによっても、小さくすることができる。例えば、そのような一部は、デコーダ論理回路35が形成されている領域の幅だけ動作領域を超えて横方向に延びていてもよい。
The resistance of the ground bus can also be reduced by extending a portion of the
インク滴発生器の列のアレイに関連する以下の回路部は、図6および図8において幅の値の後に続く参照番号によって示された以下の幅を有するそれぞれの領域内に含まれていてもよい。 The following circuitry associated with an array of ink drop generator columns may be included in respective regions having the following widths indicated by the reference numbers following the width values in FIGS. Good.
このような幅は、基準軸Lに整列したプリントヘッド基板の長手方向の長さと直交し、すなわち横方向に対して測定される。 Such a width is orthogonal to the longitudinal length of the printhead substrate aligned with the reference axis L, i.e. measured with respect to the lateral direction.
次に図11を参照すると、上述したプリントヘッドが用いられるインクジェットプリント装置20の例を示す概略斜視図である。図11のインクジェットプリント装置20は、通常成形プラスチック材料でできたハウジング、すなわちエンクロージャ124で取り囲まれたシャシ122を備えている。このシャシ122は、例えばシートメタルで形成されており、垂直パネル122aを含んでいる。適応したプリント媒体取扱システム126によって、プリント媒体のシートがプリントゾーン125を通って個別に供給されるようになっている。プリント媒体取扱システム126は、プリント前のプリント媒体を保管する供給トレイ128を備えている。プリント媒体は、紙、厚紙、透明シート、マイラー等、いかなるタイプの好適なプリント可能なシート材料であってもよいが、便宜上、図示の実施形態は、プリント媒体として紙を用いる場合で説明する。ステッパモータによって駆動される駆動ローラ129を含む、一連の従来のモータによって駆動されるローラを用いて、プリント媒体を供給トレイ128からプリントゾーン125内に動かしてもよい。プリント後、駆動ローラ129は、プリントされたシートを1対の伸縮式出力乾燥ウイング部材130上に動かしている。ウイング部材130は、伸ばしてプリントされたシートを受け取る状態で示されている。ウイング部材130は、新しくプリントされたシートを、出力トレイ132内でまだ乾かしているすべての以前にプリントされたシートの上方で短時間保持し、その後曲線の矢印133で示すように旋回して両側に引っ込み、新しくプリントされたシートを出力トレイ132内に落としている。プリント媒体取扱システムは、摺動長さ調節アーム134や封筒供給スロット135等、レター、リーガル、A4、封筒等を含むさまざまな大きさのプリント媒体に対応するような一連の調節機構を含んでもよい。
Next, referring to FIG. 11, it is a schematic perspective view showing an example of an
図11のプリンタはさらに、プリンタコントローラ136を備えている。プリンタコントローラ136は、マイクロプロセッサとして概略的に示され、シャシの垂直パネル122aの後方側に支持されたプリント回路基板139上に配置されている。プリンタコントローラ136は、パーソナルコンピュータ等のホスト装置(図示せず)から命令を受け取り、プリントゾーン125を通るプリント媒体の前進、プリントキャリッジ140の動き、およびインク滴発生器40への信号印加を含むプリンタの動作の制御を行うものである。
The printer shown in FIG. 11 further includes a
キャリッジ走査軸と平行な長手方向の軸を有するプリントキャリッジ摺動ロッド138はシャシ122によって支持され、プリントキャリッジ140をかなり大きく支持し、キャリッジ走査軸に沿って平行移動の動きすなわち走査を往復して行うようにしている。プリントキャリッジ140は、第1および第2の着脱式インクジェットプリントヘッドカートリッジ150,152(それぞれ「ペン」、「プリントカートリッジ」、または「カートリッジ」と呼ぶことがある)を支持している。プリントカートリッジ150,152はそれぞれプリントヘッド154,156を備えている。プリントヘッド154,156はそれぞれ、プリント媒体のうちのプリントゾーン125内にある部分の上に略下向きにインクを噴出させるための略下向きのノズルを有している。プリントカートリッジ150,152は、より詳細には、クランプレバー、ラッチ部材、またはふた170,172を含むラッチ機構によって、プリントキャリッジ140内に締め付けられている。
A print carriage sliding rod 138 having a longitudinal axis parallel to the carriage scan axis is supported by the chassis 122 and supports the
参考として、プリント媒体は、カートリッジ150,152のノズルの下方でノズルが横切るプリント媒体の部分の接線に平行な媒体軸に沿って、プリントゾーン125を通って前進するものである。図9に示すように、媒体軸とキャリッジ軸とが同一平面上にある場合には、この2つは互いに垂直となっている。
For reference, the print media is advanced through the print zone 125 along a media axis parallel to the tangent of the portion of the print media that the nozzle traverses below the nozzles of the
プリントキャリッジの裏面の回転防止機構は、例えば、シャシ122の垂直パネル122aと一体的に形成され、水平に配置された回動防止バー185と係合して、プリントキャリッジ140が摺動ロッド138を中心として前方に回動しないようにするものである。
The anti-rotation mechanism on the back surface of the print carriage is formed integrally with the
説明に役立つ例として、プリントカートリッジ150はモノクロのプリントカートリッジであり、プリントカートリッジ152は、3色のプリントカートリッジである。
As an illustrative example,
プリントキャリッジ140は、従来の方法で駆動することができるエンドレスベルト158により、摺動ロッド138に沿って駆動されるようになっている。直線状のエンコーダのストリップ159を利用し、例えば従来の技術によって、キャリッジ走査軸に沿ったプリントキャリッジ140の位置を検知している。
The
前述の事項は、本発明の具体的な実施形態の説明および例示であったが、当業者であれば、併記の特許請求項によって規定される本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明のさまざまな変形および変更を行うことができる。 While the foregoing has been a description and illustration of specific embodiments of the invention, those skilled in the art will recognize that the present invention may be practiced without departing from the scope and spirit of the invention as defined by the appended claims. Various variations and modifications of the invention can be made.
11 プリントヘッド基板
40 滴発生器
56 ヒータ抵抗器
61 滴発生器の列のアレイ
71 インク供給スロット
81 FET駆動回路の列のアレイ
85 FET駆動回路
86a,86b,86c,86d,181 電力トレース
87 ドレイン電極
88 ドレイン接点
89 ドレイン領域
93 ゲート酸化物
97 ソース電極
98 ソース接点
99 ソース領域
181 グランドバス
11
Claims (21)
該プリントヘッド基板内に形成されて長手方向の長さに沿って延びる滴発生器の4つの横に並んだ列のアレイとを備え、
前記滴発生器の各列のアレイは、滴発生器ピッチPだけ互いから離れた少なくとも100個の滴発生器を有し、
前記滴発生器の4列のアレイは、大きくても630マイクロメートルだけ互いから離れた、第1の列のアレイおよび第2の列のアレイと、大きくても630マイクロメートルだけ互いから離れた、第3の列のアレイおよび第4の列のアレイとを含み、
前記滴発生器は、同じ所定カラーのインク滴を生成し、前記長手方向の長さと平行なプリント軸に沿って1/(4P)dpiの解像度でシングルパスのモノクロのプリントを可能にする滴体積を有し、さらに、
それぞれ前記滴発生器の列のアレイに隣接して前記プリントヘッド基板内に形成されており、該滴発生器の列のアレイに通電するFET駆動回路の4列のアレイを備えているインクジェットプリントヘッドであって、
前記滴発生器の4列のアレイのうち、一つの列のアレイの滴発生器に一つの電力トレースがそれぞれ対応するように電気接続されている4つの電力トレースをさらに含み、これら4つの電力トレースは、対応する前記滴発生器の第1〜第4の列のアレイに沿って長手方向に延び、前記第1および第4の電力トレースは、前記アレイの長手方向の外側に配置され、前記第2および第3の電力トレースは、前記アレイの長手方向の内側に配置され、平面視でL字型に形成されていると共に、前記第2および第3の電力トレースの幅の狭い部分が前記第1および第4の電力トレースと平行に配置可能な長さに形成されており、前記第1および第2の電力トレースは、プリントヘッド構造の一端に設けたボンディングパッドに電気接続され、前記第3および第4の電力トレースは、プリントヘッド構造の他端に設けたボンディングパッドに電気接続され、前記FET駆動回路は、前記4つの電力トレースが与える寄生抵抗を補償するように構成されているインクジェットプリントヘッド。A printhead substrate comprising a plurality of thin film layers;
An array of four side-by-side rows of drop generators formed in the printhead substrate and extending along a longitudinal length;
The array of each row of drop generators has at least 100 drop generators separated from each other by a drop generator pitch P;
The four-row array of drop generators is separated from each other by an array of first and second rows, at most 630 micrometers apart from each other, at most 630 micrometers. A third column array and a fourth column array;
The drop generator produces drop of ink of the same predetermined color and allows drop volume to enable single pass monochrome printing at a resolution of 1 / (4P) dpi along the print axis parallel to the longitudinal length. In addition,
Inkjet printhead comprising four arrays of FET drive circuits each formed in the printhead substrate adjacent to the array of drops generators and energizing the array of drops generators Because
Of the four rows of drop generators, the power generator further comprises four power traces electrically connected so that one power trace respectively corresponds to one row of drop generators. Extend longitudinally along the corresponding array of first to fourth rows of drop generators, wherein the first and fourth power traces are disposed on the outside of the array in the longitudinal direction, The second and third power traces are arranged inside the array in the longitudinal direction, are formed in an L shape in plan view, and the narrow portions of the second and third power traces are the first The first and second power traces are formed to have a length that can be arranged in parallel with the first and fourth power traces, and the first and second power traces are electrically connected to bonding pads provided at one end of a printhead structure, And the fourth power trace are electrically connected to a bonding pad provided at the other end of the printhead structure, and the FET drive circuit is configured to compensate for parasitic resistance provided by the four power traces. head.
前記滴発生器の第1の列のアレイおよび前記滴発生器の第2の列のアレイは、前記第1のインク供給スロットの両側に配置されており、
前記滴発生器の第3の列のアレイおよび前記滴発生器の第4の列のアレイは、前記第2のインク供給スロットの両側に配置されている、請求項1に記載のプリントヘッド。A first ink supply slot and a second ink supply slot;
An array of first rows of drop generators and an array of second row of drop generators are disposed on opposite sides of the first ink supply slot;
The printhead of claim 1, wherein the third array of drop generators and the fourth array of drop generators are disposed on opposite sides of the second ink supply slot.
ドレイン電極と、
ドレイン領域と、
前記ドレイン電極を前記ドレイン領域に電気接続するドレイン接点と、
ソース電極と、
ソース領域と、
前記ソース電極を前記ソース領域に電気接続するソース接点と
を含み、
前記ドレイン領域は、前記FET回路のそれぞれのオン抵抗を、前記電力トレースが与える寄生抵抗の変動を補償すべく設定するように構成されている、
請求項14に記載のプリントヘッド。 Each of the FET circuits is
A drain electrode;
A drain region;
A drain contact electrically connecting the drain electrode to the drain region;
A source electrode;
A source area,
A source contact electrically connecting the source electrode to the source region;
Including
The drain region is configured to set a respective on-resistance of the FET circuit to compensate for variations in parasitic resistance provided by the power trace ,
The print head according to claim 14 .
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